ASME B31 3 Requisitos de PWHT eliminados

La edición de 2014 del Código ASME B31.3 para tuberías de proceso eliminó los requisitos de PWHT en los materiales de soldadura de acero al carbono siempre que se emplearan técnicas de soldadura de varias pasadas y temperaturas de al menos 95oC (200oF), según lo determinado mediante pruebas y análisis de mecánica de fractura. Estos cambios reflejan los resultados de los análisis de mecánica de fractura.

Temperatura de precalentamiento

La temperatura de precalentamiento es la piedra angular para controlar con éxito la fisuración, y debe ser suficiente para evitar la oxidación, retrasar el enfriamiento y proporcionar una tenacidad adecuada del metal de soldadura. Existen varios enfoques para establecerla en función del código de soldadura y los requisitos de espesor de la sección.

Los códigos de soldadura suelen indicar las especificaciones de temperatura de precalentamiento en su documento de especificaciones de procedimientos de soldadura (WPS), por lo que es crucial que se observen estas directrices. La temperatura de precalentamiento debe medirse directamente alrededor de una junta de soldadura y a través de su espesor si es posible. El precalentamiento puede realizarse mediante quemadores de gas, llamas de gas oxigenado, mantas eléctricas o métodos electrónicos de calentamiento por inducción, y debe gestionarse cuidadosamente para garantizar resultados uniformes.

Deben utilizarse lápices indicadores de temperatura como el Tempilstik para vigilar las temperaturas de precalentamiento, con verificación mediante termopares o termómetros de contacto para asegurarse de que el precalentamiento se ha producido según lo previsto. También hay que tener en cuenta el tamaño y la disponibilidad del equipo de calentamiento a la hora de seleccionar un método de precalentamiento. Las soldaduras de gran producción suelen requerir bancos de sopletes calefactores o cintas calefactoras eléctricas, lo que también debe tenerse en cuenta. Las soldaduras más pequeñas pueden calentarse con un horno o sistemas de calentamiento por resistencia. La temperatura de precalentamiento debe controlarse constantemente durante toda la secuencia de soldadura y especificarse en el documento de especificaciones del proceso de trabajo para minimizar la formación de grietas tanto en la zona afectada por el calor como en el material base. Para ello, ajústela por debajo de la temperatura mínima entre pasadas para minimizar los efectos de agrietamiento en los materiales adyacentes.

Temperatura PWHT

Muchos códigos y normas exigen el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) de estructuras de soldadura específicas, como las soldaduras circunferenciales de tuberías de acero. El PWHT ayuda a reducir las tensiones residuales de tracción en la zona de soldadura, templar la microestructura, mejorar la ductilidad y el límite elástico, así como mejorar la ductilidad y el límite elástico. Los requisitos varían en función del tipo y el grosor del material: los aceros al carbono-manganeso suelen tener temperaturas de PWHT más elevadas que los materiales de soldadura con menor contenido en carbono.

La PWHT es un paso integral en la fabricación de un sistema de tuberías, pero su realización puede resultar costosa y requerir mucho tiempo. Para minimizar los costes asociados a la PWHT, es fundamental optimizar los ajustes de temperatura, lo que incluye la selección de velocidades de calentamiento/enfriamiento adecuadas, así como el uso de equipos e instalaciones apropiados para la PWHT.

Los códigos de diseño actuales de las industrias de recipientes a presión y tuberías exigen soldaduras PWHT cuando su espesor supera un umbral establecido, determinado en función de las propiedades de la prueba Charpy de absorción de energía de los metales base, así como de los requisitos de temperatura de servicio. Esta práctica ha prevalecido durante décadas y puede justificarse tanto desde una perspectiva económica como técnica.

Existen varios argumentos a favor de reducir la temperatura de PWHT, y en este documento examinaremos dichos argumentos y demostraremos por qué son erróneos. Este libro blanco se presentará como parte de una iniciativa para introducir cambios en las secciones de los códigos B31.1 y B31.3; no obstante, también podría utilizarse de forma similar con otras secciones de los códigos de calderas y recipientes a presión.

Tiempo PWHT

ASME B31.3 proporciona directrices para el diseño, la fabricación, el montaje y la instalación de sistemas de tuberías de proceso. Sirve para orientar a las distintas partes implicadas en este proceso: diseñadores, inspectores del propietario, fabricantes, montadores y fabricantes de componentes, entre otros. Además, esta norma abarca temas como la selección de materiales, los límites de tensión admisibles y los requisitos de examen, entre muchos otros.

Como parte del proceso de soldadura, se crean tensiones residuales en la zona soldada que pueden acercarse al límite elástico del material de soldadura, aumentando las posibilidades de agrietamiento asistido por el entorno (EAC). La PWHT reduce estas tensiones residuales para ayudar a evitar el EAC en las estructuras de acero soldadas.

El tiempo de PWHT es un componente integral del éxito de los tratamientos térmicos de soldadura. Cuanto más tiempo se mantengan los PWHT, mejores serán probablemente sus resultados; además, el uso de temperaturas más altas aumenta la eficacia de los PWHT.

El Centro de Aplicaciones de Reparación y Sustitución del EPRI emitió recientemente una recomendación para que se reduzcan los requisitos de temperatura PWHT en las secciones de los códigos B31.1 y B31.3 con el fin de alinearlos más estrechamente con los requisitos de otras secciones de los códigos. En este documento se analizan los motivos por los que son necesarios estos cambios y sus posibles ventajas, y se describen los métodos para impulsar este cambio en el comité. Phil Flenner de Flenner Engineering Services Kalamazoo Michigan por ayudar a impulsar estos cambios.

Espesor PWHT

Los códigos que regulan la fabricación, ensamblaje, montaje, examen, inspección y prueba de tuberías de proceso contienen diversos requisitos de PWHT que varían significativamente en cuanto a variaciones menores y posibles problemas de seguridad. Las discrepancias significativas podrían comprometer la capacidad de un proyecto para cumplir las condiciones de servicio, así como los objetivos de coste y rendimiento; las especificaciones de cada código suelen depender de las especificaciones de los materiales, así como de los parámetros de soldadura y de los posibles mecanismos de fallo de su estructura.

El PWHT para aceros al carbono se ha estipulado en varias normas y códigos, como BS 1113 [22], BS 2633 [24], PD 5500 [25] y Pr EN 13445 [27]. Recientemente, el código B31.3 añadió la tabla 331.1 que eximía a determinados aceros al carbono P nº 1 de los requisitos obligatorios de tratamiento térmico posterior a la soldadura siempre que se utilizaran temperaturas de precalentamiento de 95 ºC y técnicas de soldadura multipaso durante la fabricación.

Tomerlin et al han llevado a cabo un estudio reciente que demuestra que, en el caso de las uniones soldadas de alta calidad, la PWHT suele ser innecesaria, incluso para los tubos de paredes más gruesas. Hay que tener cuidado a la hora de diseñar, fabricar, montar y poner en funcionamiento las estructuras, ya que deben seleccionarse las temperaturas de PWHT adecuadas para conseguir la máxima reducción de riesgos y resistencia. Alcanzar las temperaturas óptimas minimizará cualquier riesgo de degradación de las propiedades del material y de degradación de su tenacidad o resistencia, así como los problemas de resistencia a la fatiga.